DE102018128659A1 - High-frequency module with connection interface - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Hochfrequenzbaugruppe beschrieben, welche beispielsweise in Kommunikationssatelliten verwendet werden kann. Die Hochfrequenzbaugruppe enthält eine elektronische Einheit (45) und ein Gehäuse (37). Das Gehäuse umgibt die elektronische Einheit zumindest teilweise und die elektronische Einheit (45) ist zumindest teilweise in einem Innenraum (46) des Gehäuses angeordnet. An dem Gehäuse ist ein innerer Anschluss (41) angeordnet, welcher mit der elektronischen Einheit (45) so gekoppelt ist, dass elektrische Signale zwischen der elektronischen Einheit (45) und dem inneren Anschluss (41) übertragen werden können. Der innere Anschluss (41) ist einstückig mit zumindest einem Teil des Gehäuses (37) ausgestaltet. Hierdurch kann eine thermomechanische Belastung der elektronischen Einheit reduziert werden.A high-frequency assembly is described which can be used, for example, in communication satellites. The high-frequency assembly contains an electronic unit (45) and a housing (37). The housing at least partially surrounds the electronic unit and the electronic unit (45) is at least partially arranged in an interior (46) of the housing. An inner connection (41) is arranged on the housing and is coupled to the electronic unit (45) in such a way that electrical signals can be transmitted between the electronic unit (45) and the inner connection (41). The inner connection (41) is designed in one piece with at least part of the housing (37). Thereby, a thermomechanical load on the electronic unit can be reduced.
Description
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die vorliegende Erfindung betrifft Hochfrequenztechnik. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Hochfrequenzbaugruppe mit einer Anschlussschnittstelle. Weiter betrifft die Erfindung einen Satelliten mit einer solchen Hochfrequenzbaugruppe, wobei die Hochfrequenzbaugruppe beispielsweise als Teil einer Kommunikationseinrichtung bzw. einer Datenübertragungsstrecke, insbesondere einer Satellitenübertragungsstrecke oder einer Satellitenfunkübertragungsstrecke genutzt werden kann.The present invention relates to radio frequency technology. In particular, the invention relates to a high-frequency module with a connection interface. The invention further relates to a satellite with such a high-frequency assembly, the high-frequency assembly being able to be used, for example, as part of a communication device or a data transmission link, in particular a satellite transmission link or a satellite radio transmission link.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Systeme aus dem Bereich der Hochfrequenztechnik werden genutzt, um Signale und Daten von einer Sendeanlage zu einer Empfangsanlage zu übertragen. Hochfrequenztechnik wird bevorzugt genutzt, wenn Daten über eine große Entfernung (bis zu mehreren Hundert oder mehreren Tausend Kilometern) übertragen werden müssen.High-frequency technology systems are used to transmit signals and data from a transmitter to a receiver. High-frequency technology is preferred when data has to be transmitted over a large distance (up to several hundred or several thousand kilometers).
Bevor Signale an die Luftschnittstelle (z.B. Antenne) übergeben werden, können sie beispielsweise eine Verarbeitung oder Aufbereitung erfordern. Hochfrequenztechnik wird beispielsweise auf Kommunikationssatelliten eingesetzt, um Kommunikationssignale zu verstärken, zu kombinieren und zu filtern. Oft besteht ein Hochfrequenzsystem aus einzelnen Modulen (rauscharme Verstärker, auch als low noise amplifier, LNA, bezeichnet, Filter, Koppler, Isolatoren, Vorverstärker, Leistungsverstärker, etc.), die miteinander verbunden sind.Before signals are transferred to the air interface (e.g. antenna), they may require processing or processing, for example. Radio frequency technology is used, for example, on communication satellites to amplify, combine and filter communication signals. A high-frequency system often consists of individual modules (low-noise amplifiers, also known as low noise amplifiers, LNAs, filters, couplers, isolators, preamplifiers, power amplifiers, etc.) which are connected to one another.
Zwischen diesen Modulen sind Schnittstellen vorgesehen, um eine mechanische und elektrische Kopplung zwischen den Modulen herzustellen. Dabei werden die Schnittstellen unter verschiedenen Gesichtspunkten ausgestaltet, beispielsweise um die elektrischen Verluste zu minimieren und/oder die mechanische Festigkeit der Schnittstelle gemäß Vorgaben auszugestalten.Interfaces are provided between these modules in order to establish a mechanical and electrical coupling between the modules. The interfaces are designed from various points of view, for example in order to minimize the electrical losses and / or to design the mechanical strength of the interface in accordance with specifications.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es kann als Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, eine Anschlussschnittstelle für eine Hochfrequenzbaugruppe so auszugestalten, dass ein Montagevorgang der Hochfrequenzbaugruppe vereinfacht wird. Bei der Anschlussschnittstelle kann es sich um eine Hochfrequenzschnittstelle, beispielsweise eine Ausgangsschnittstelle oder Eingangsschnittstelle, handeln.It can be regarded as an object of the invention to design a connection interface for a high-frequency assembly in such a way that an assembly process of the high-frequency assembly is simplified. The connection interface can be a high-frequency interface, for example an output interface or input interface.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung.This object is achieved by the subject matter of the independent claim. Further embodiments result from the dependent claims and from the following description.
Gemäß einem Aspekt ist eine Hochfrequenzbaugruppe mit einer elektronischen Einheit und einem Gehäuse angegeben. Das Gehäuse umgibt die elektronische Einheit zumindest teilweise und die elektronische Einheit ist zumindest teilweise in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse weist einen inneren Anschluss auf, welcher mit der elektronischen Einheit so gekoppelt ist, dass elektrische Signale zwischen der elektronischen Einheit und dem inneren Anschluss übertragen werden können. Der innere Anschluss ist einstückig mit zumindest einem Teil des Gehäuses, wie beispielsweise einer Bodenwand oder Seitenwand, ausgestaltet.According to one aspect, a high-frequency assembly with an electronic unit and a housing is specified. The housing at least partially surrounds the electronic unit and the electronic unit is at least partially arranged in an interior of the housing. The housing has an inner connection which is coupled to the electronic unit in such a way that electrical signals can be transmitted between the electronic unit and the inner connection. The inner connection is designed in one piece with at least a part of the housing, such as a bottom wall or side wall.
Insbesondere wird ein Signalausgang oder ein Signaleingang der elektronischen Einheit mit dem inneren Anschluss verbunden. Ein Signalausgang der elektronischen Einheit liefert beispielsweise ein Nutzsignal, welches von der elektronischen Einheit als Ergebnis zumindest eines Verarbeitungsschrittes ausgegeben und an nachfolgende Einheiten (z.B. eine Antenne) übertragen wird. Im Falle einer Verwendung des Anschlusses der elektronischen Einheit als Signaleingang empfängt dieser ein Signal.In particular, a signal output or a signal input of the electronic unit is connected to the inner connection. A signal output of the electronic unit provides, for example, a useful signal, which is output by the electronic unit as a result of at least one processing step and transmitted to subsequent units (e.g. an antenna). If the connection of the electronic unit is used as a signal input, this receives a signal.
Die elektronische Einheit kann eine Signalquelle oder eine Signalsenke sein. Beispielsweise kann die elektronische Einheit mehrere Schnittstellen aufweisen, wobei jeweils eine Schnittstelle der elektronischen Einheit mit einem inneren Anschluss des Gehäuses gekoppelt ist. Hierzu kann das Gehäuse mehrere innere Anschlüsse aufweisen. Weiterhin kann dann eine Schnittstelle der elektronischen Einheit als Empfangsschnittstelle und eine andere Schnittstelle als Sendeschnittstelle ausgestaltet sein, so dass die elektronische Einheit zur gleichen Zeit über unterschiedliche Schnittstellen sendet bzw. empfängt. Es gibt also in diesem Fall getrennte Sende-/Empfangskanäle. Es ist aber auch denkbar, dass eine Schnittstelle der elektronischen Einheit im Zeitduplex-Modus nacheinander entweder als Sendeschnittstelle oder als Empfangsschnittstelle betrieben wird.The electronic unit can be a signal source or a signal sink. For example, the electronic unit can have a plurality of interfaces, one interface of the electronic unit being coupled to an inner connection of the housing. For this purpose, the housing can have several internal connections. Furthermore, an interface of the electronic unit can then be designed as a receiving interface and another interface as a transmitting interface, so that the electronic unit transmits or receives at the same time via different interfaces. In this case, there are separate send / receive channels. However, it is also conceivable that an interface of the electronic unit in time duplex mode is operated in succession either as a transmission interface or as a reception interface.
Nicht das gesamte Gehäuse muss einstückig sein, aber der innere Anschluss, auf den die elektronische Einheit signaltechnisch geführt ist, ist ein Teil des Gehäuses, d.h. der innere Anschluss ist einstückig mit diesem Teil des Gehäuses ausgestaltet. Beispielsweise kann der innere Anschluss ein Teil einer Gehäusewanne oder eines Gehäusedeckels sein.The entire housing does not have to be in one piece, but the internal connection to which the electronic unit is routed for signaling purposes is part of the housing, i.e. the inner connection is designed in one piece with this part of the housing. For example, the inner connection can be part of a housing trough or a housing cover.
Der hier beschriebene Aufbau hat den Vorteil, dass er ein Montageverfahren der Hochfrequenzbaugruppe stark vereinfacht. Das Signal von der elektronischen Einheit muss beispielsweise nicht mittels einer Koaxialleitung durch die Gehäusewand nach außen bzw. nach innen geführt werden. Stattdessen wird das Nutzsignal vom Ausgang der elektronischen Einheit unmittelbar auf den inneren Anschluss als Teil des Gehäuses geführt und über das Gehäuse weitergeleitet, oder anders herum. The construction described here has the advantage that it greatly simplifies an assembly process for the high-frequency assembly. For example, the signal from the electronic unit does not have to be routed outwards or inwards through the housing wall by means of a coaxial line. Instead, the useful signal from the output of the electronic unit is routed directly to the inner connection as part of the housing and passed on via the housing, or vice versa.
Die Hochfrequenzbaugruppe ermöglicht eine mechanische Entkopplung der elektronischen Einheit sowie der an der elektronischen Einheit angeschlossenen Verbindung von den außerhalb des Gehäuses befindlichen Elementen.The high-frequency assembly enables the electronic unit and the connection connected to the electronic unit to be mechanically decoupled from the elements located outside the housing.
Der innere Anschluss kann einen in das Gehäuse, insbesondere in die Gehäusewand, eingefrästen Signallaufpfad enthalten. Über diesen inneren Anschluss wird dann das Nutzsignal nach außen geführt. Der Signallaufpfad kann auch sog. Korrugationen enthalten oder daraus bestehen. Die Korrugationen sind in das Material des Gehäuses eingebrachte Eigenschaften, welche beispielsweise ausgestaltet sind, das zu übertragende Signal anzupassen.The inner connection can contain a signal path that is milled into the housing, in particular into the housing wall. The useful signal is then routed to the outside via this inner connection. The signal path can also contain or consist of so-called corrugations. The corrugations are properties introduced into the material of the housing, which are designed, for example, to adapt the signal to be transmitted.
Im Zusammenhang dieser Beschreibung ist unter Hochfrequenz ein Frequenzbereich oberhalb von einem GHz (Gigahertz, 1 x 10E9 Hertz) zu verstehen. Solche Frequenzbereiche werden beispielsweise bei Satellitenfunkübertragungsstrecken genutzt. Bei einer solchen Satellitenfunkübertragungsstrecke kann es sich beispielsweise um eine Ka-Band Übertragungsstrecke handeln in einem Frequenzbereich von 17,7 - 21,2 GHz für die Abwärtsstrecke (downlink) und 27,5 - 31 GHz für die Aufwärtsstrecke (uplink), um eine Ku- oder X-Band-Implementierung im Bereich um 11 bzw. 7 GHz, oder um eine L-Band- (um 1,5 GHz), S-Band- (um 2,5 GHz) oder C-Band-Implementierung (um 4 GHz).In the context of this description, high frequency means a frequency range above one GHz (gigahertz, 1 x 10E9 Hertz). Such frequency ranges are used for example in satellite radio transmission links. Such a satellite radio transmission link can be, for example, a Ka-band transmission link in a frequency range of 17.7-21.2 GHz for the downlink (downlink) and 27.5-31 GHz for the uplink (uplink), a Ku - or X-band implementation in the range around 11 or 7 GHz, or around an L-band (around 1.5 GHz), S-band (around 2.5 GHz) or C-band implementation (around 4 GHz).
Es wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Ausführungen in dieser Beschreibung sowohl für das Betreiben der elektronischen Einheit als Signalquelle wie auch als Signalsenke gelten, soweit nicht explizit anders dargestellt. Die allgemeine Bezugnahme in der Beschreibung auf einen Signalausgang gilt auch für einen Signaleingang.It is pointed out that all statements in this description apply to the operation of the electronic unit as a signal source as well as a signal sink, unless explicitly stated otherwise. The general reference in the description to a signal output also applies to a signal input.
Gemäß einer Ausführungsform ist der innere Anschluss von einer inneren Oberfläche des Gehäuses gebildet.According to one embodiment, the inner connection is formed by an inner surface of the housing.
Die elektronische Baugruppe wird also signaltechnisch auf die innere Oberfläche des Gehäuses geführt. Ein gesondertes und von dem Gehäuse getrenntes Anschlusselement ist also nicht nötig.The electronic assembly is therefore guided by signals to the inner surface of the housing. A separate connection element that is separate from the housing is therefore not necessary.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der innere Anschluss von einer in den Innenraum ragenden Nase des Gehäuses gebildet.According to a further embodiment, the inner connection is formed by a nose of the housing which projects into the interior.
Der innere Anschluss bildet also einen Steg oder einen Stift, welcher in den Innenraum ragt und von der Innenfläche des Gehäuses ausgeht. Die elektronische Baugruppe ist mit diesem Steg oder Stift verbunden.The inner connection thus forms a web or a pin which projects into the interior and extends from the inner surface of the housing. The electronic assembly is connected to this bridge or pin.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in einem Spalt zwischen der Nase und benachbarten Gehäusewandabschnitten mindestens teilweise ein elektrisch nicht-leitendes Material angeordnet.According to a further embodiment, an electrically non-conductive material is at least partially arranged in a gap between the nose and adjacent housing wall sections.
Bei diesem Material kann es sich beispielsweise um ein dielektrisches Material wie Teflon handeln. Hierdurch werden Störeffekte bei hohen Frequenzen reduziert oder gar unterdrückt.This material can be, for example, a dielectric material such as Teflon. This reduces or even suppresses interference at high frequencies.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf.According to a further embodiment, the housing has aluminum or an aluminum alloy.
Allgemein gesagt ist das Gehäuse aus einem elektrisch leitfähigen Material. Dies kann Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein, beispielsweise eine Aluminium-Silizium-Legierung. Andere Materialien sind möglich. Das Gehäuse kann vollständig aus demselben Material gefertigt sein. Insbesondere kann das Gehäuse eine Wanne und einen Deckel aufweisen. Der Innenraum des Gehäuses befindet sich in der Wanne bzw. wird von der Wanne gebildet. Deckel und Wanne können aus demselben Material gefertigt sein. Am Ende eines Montagevorgangs der Hochfrequenzbaugruppe wird der Deckel auf der Wanne befestigt und bedeckt oder schließt den Innenraum mindestens teilweise.Generally speaking, the housing is made of an electrically conductive material. This can be aluminum or an aluminum alloy, for example an aluminum-silicon alloy. Other materials are possible. The housing can be made entirely of the same material. In particular, the housing can have a trough and a cover. The interior of the housing is in the tub or is formed by the tub. Lid and tray can be made of the same material. At the end of an assembly process for the high-frequency assembly, the cover is attached to the tub and covers or at least partially closes the interior.
Für die Verwendung im Weltall oder im Erdorbit sind solche Materialien bevorzugt, welche sich auf Grund ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten für diese Verwendung eignen. Die Temperaturschwankungen außerhalb der Erdatmosphäre können sehr groß sein, was insbesondere daran liegt, dass die Atmosphäre für den Abtransport der Wärme fehlt. Der Wechsel zwischen vorhandener und fehlender Sonneneinstrahlung kann dann zu sehr großen Temperaturschwankungen in Satelliten sowie deren Komponenten führen.For use in space or in earth orbit, preference is given to those materials which are suitable for this use on account of their coefficient of thermal expansion. The temperature fluctuations outside the earth's atmosphere can be very large, which is due in particular to the fact that the atmosphere for the removal of the heat is missing. The change between existing and missing solar radiation can then lead to very large temperature fluctuations in satellites and their components.
Um mechanische Belastungen an den Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Komponenten, insbesondere Komponenten aus unterschiedlichen Materialien, gering zu halten, können die Materialien so ausgewählt werden, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufeinander abgestimmt sind, d.h. nahezu gleich sind oder innerhalb eines bestimmten Wertebereichs liegen.In order to keep mechanical loads at the interfaces between different components, in particular components made of different materials, low, the materials can be selected such that the thermal expansion coefficients are matched to one another, i.e. are almost the same or are within a certain range of values.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die elektronische Einheit ein Hochleistungsverstärker, insbesondere ein Hochleistungs-Transistorverstärker. According to a further embodiment, the electronic unit is a high-performance amplifier, in particular a high-performance transistor amplifier.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die elektronische Einheit ein rauscharmer Verstärker (low noise amplifier, LNA) oder ein Empfänger bzw. Receiver (LNA mit Frequenzumsetzer).In a further alternative embodiment, the electronic unit is a low noise amplifier (LNA) or a receiver or receiver (LNA with frequency converter).
Weitere Ausführungen sind hiermit möglich. Die Ausführungen können für hoch integrierte Hochfrequenzbaugruppen im Eingangsbereich oder im Ausgangsbereich angeordnet sein.Further designs are possible with this. The designs can be arranged for highly integrated high-frequency modules in the entrance area or in the exit area.
Ein Hochleistungsverstärker wird beispielsweise in Kommunikationssatelliten genutzt, um Kommunikationssignale zu verstärken und über einen Sendepfad weiterzuleiten, z.B. an eine Abstrahleinheit oder Antenneneinheit.A high-performance amplifier is used, for example, in communication satellites to amplify communication signals and transmit them via a transmission path, e.g. to a radiation unit or antenna unit.
Ein Hochleistungs-Transistorverstärker kann auch als solid-state power amplifier (SSPA) bezeichnet werden. Dieser Art Verstärker wird bei hohen Frequenzen alternativ oder zusätzlich zu sog. Wanderfeldröhrenverstärkern genutzt. SSPAs sind in verschiedenen Leistungsklassen und für sehr hohe Frequenzbänder verfügbar. Beispielsweise können SSPAs in den folgenden Frequenzbändern genutzt werden: C-, X-, Ku-, Ka- und Q-Band. Bei diesen Frequenzen und Leistungsklassen sind Wellenleiter auf der Ausgangsseite des Verstärkers bevorzugt, wenn nicht gar notwendig. Die elektronische Einheit kann also ein SSPA für die oben genannten Frequenzbänder sein.A high-performance transistor amplifier can also be referred to as a solid-state power amplifier (SSPA). This type of amplifier is used as an alternative or in addition to so-called traveling wave tube amplifiers at high frequencies. SSPAs are available in different performance classes and for very high frequency bands. For example, SSPAs can be used in the following frequency bands: C, X, Ku, Ka and Q band. At these frequencies and power classes, waveguides on the output side of the amplifier are preferred, if not necessary. The electronic unit can therefore be an SSPA for the frequency bands mentioned above.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Verbindung zwischen der elektronischen Einheit und dem inneren Anschluss eine Mikrostreifenverbindung.According to a further embodiment, a connection between the electronic unit and the inner connection is a microstrip connection.
Bei einer sog. Mikrostreifenleitung handelt es sich um einen elektrischen Wellenleiter, der aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Streifen besteht. Die Streifen können auf einem Dielektrikum aufgebracht sein.A so-called microstrip line is an electrical waveguide that consists of one or more electrically conductive strips. The strips can be applied on a dielectric.
Die Mikrostreifenverbindung wird an einem Ende mit der elektronischen Einheit verbunden. Im Falle eines Hochleistungs-Transistorverstärkers wird ein Ende der Mikrostreifenverbindung unmittelbar auf dem Halbleitersubstrat platziert und ist damit gekoppelt, so dass keine weitere gesonderte Mikrostreifenleitung nötig ist, um die Verbindung von dem Halbleitersubstrat zu dem Hohlleiterübergang herzustellen.The microstrip connection is connected at one end to the electronic unit. In the case of a high-performance transistor amplifier, one end of the microstrip connection is placed directly on the semiconductor substrate and is coupled to it, so that no further separate microstrip line is necessary to establish the connection from the semiconductor substrate to the waveguide transition.
Die Verbindung kann mittels sog. Drahtbonden hergestellt werden. Hierbei werden die Anschlüsse des SSPA, also eines integrierten Schaltkreises, über die Mikrostreifenverbindung mit dem inneren Anschluss des Gehäuses verbunden. Für das Bonden können auch Flachkabel oder Flachleitungen genutzt werden, sog. ribbon bonding.The connection can be made using so-called wire bonding. The connections of the SSPA, i.e. an integrated circuit, are connected to the inner connection of the housing via the microstrip connection. Flat cables or flat cables, so-called ribbon bonding, can also be used for bonding.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse einen zweiten inneren Anschluss auf, welcher einstückig mit dem Gehäuse ausgeführt ist, wobei der zweite innere Anschluss mit der elektronischen Einheit verbunden ist.According to a further embodiment, the housing has a second inner connection which is made in one piece with the housing, the second inner connection being connected to the electronic unit.
Der zweite innere Anschluss ist bevorzugt von dem ersten inneren Anschluss (der oben genannte innere Anschluss) beabstandet. Ein zweiter Ausgang der elektronischen Einheit kann mit dem zweiten inneren Anschluss gekoppelt sein, wobei hierfür die gleichen Möglichkeiten bestehen, wie bereits oben im Zusammenhang mit dem ersten inneren Anschluss beschrieben.The second inner port is preferably spaced from the first inner port (the above-mentioned inner port). A second output of the electronic unit can be coupled to the second inner connection, the same options being available for this as already described above in connection with the first inner connection.
In einem Ausführungsbeispiel kann eine zweite elektronische Einheit in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet sein und die zweite elektronische Einheit ist mit dem zweiten inneren Anschluss verbunden, um ein Nutzsignal auszugeben.In one exemplary embodiment, a second electronic unit can be arranged in the interior of the housing and the second electronic unit is connected to the second inner connection in order to output a useful signal.
Der erste innere Anschluss und der zweite innere Anschluss bilden jeweils einen Signallaufpfad oder Kanal. Jeder Kanal kann mindestens ein Halbleitersubstrat oder einen Halbleiter, beispielsweise einen Transistor aufweisen. Der jeweilige Transistor eines Signallaufpfads ist auf einer elektrisch nichtleitenden Substratkachel platziert, was eine galvanische Trennung für Gleichströme bietet. Um im Hochfrequenzbereich eine Trennung zwischen den Signallaufpfaden bereitzustellen, wird ein geeigneter Abstand zwischen den Signallaufpfaden und deren Elementen gewählt, so dass sich die Signallaufpfade nicht gegenseitig beeinflussen oder stören. Um dies zu erreichen, können in das Gehäusematerial auch weitere Elemente eingearbeitet werden, beispielsweise metallische Elemente, Dichtungen, oder HF-Absorbermaterial.The first inner connection and the second inner connection each form a signal path or channel. Each channel can have at least one semiconductor substrate or a semiconductor, for example a transistor. The respective transistor of a signal path is placed on an electrically non-conductive substrate tile, which offers galvanic isolation for direct currents. In order to provide a separation between the signal paths in the high-frequency range, a suitable distance between the signal paths and their elements is selected so that the signal paths do not influence or interfere with each other. In order to achieve this, other elements can also be incorporated into the housing material, for example metallic elements, seals or HF absorber material.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Oberfläche des Gehäuses mindestens teilweise mit Gold oder Silber beschichtet.According to a further embodiment, a surface of the housing is at least partially coated with gold or silver.
Dies kann die elektrische Leitfähigkeit positiv beeinflussen. Mindestens ein Teil der Oberfläche, innen und/oder außen, des Gehäuses ist entsprechend beschichtet. Die Beschichtung kann wenige µm dick sein.This can have a positive influence on the electrical conductivity. At least part of the surface, inside and / or outside, of the housing is coated accordingly. The coating can be a few µm thick.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Hochfrequenzbaugruppe weiterhin einen ersten Hohlleiterabschnitt auf. Der erste Hohlleiterabschnitt liegt an einer äußeren Oberfläche des Gehäuses an.According to a further embodiment, the high-frequency assembly furthermore has a first waveguide section. The first waveguide section bears against an outer surface of the housing.
Somit wird das Nutzsignal von der elektronischen Einheit in dem Gehäuse über die Verbindung zu dem inneren Anschluss des Gehäuses und von dem Gehäuse auf den Hohlleiter geführt. The useful signal is thus carried by the electronic unit in the housing via the connection to the inner connection of the housing and from the housing to the waveguide.
Dieser Aufbau ermöglicht es, die Hochfrequenzbaugruppe modular aufzubauen. Zunächst kann das Gehäuse mit innenliegender elektronischer Einheit sowie der Verbindung zwischen Gehäuse und elektronischer Einheit hergestellt und/oder montiert werden. Bis hierhin ist der Hohlleiter nicht mit dem Gehäuse verbunden oder gekoppelt. Erst wenn die elektronische Einheit in dem Innenraum des Gehäuses mit dem inneren Anschluss verbunden ist, wird das Gehäuse mit dem Hohlleiter gekoppelt. Das Gehäuse wird als abgeschlossenes Modul mit dem Hohlleiter verbunden.This structure enables the high-frequency module to be constructed in a modular manner. First, the housing with the internal electronic unit and the connection between the housing and the electronic unit can be manufactured and / or assembled. Up to this point, the waveguide has not been connected or coupled to the housing. Only when the electronic unit in the interior of the housing is connected to the inner connection is the housing coupled to the waveguide. The housing is connected to the waveguide as a closed module.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der erste Hohlleiterabschnitt aus einer ersten Halbschale und einer zweiten Halbschale, wobei das Gehäuse zwischen der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale angeordnet ist.According to a further embodiment, the first waveguide section consists of a first half shell and a second half shell, the housing being arranged between the first half shell and the second half shell.
Das Gehäuse wird also von dem Hohlleiter umgeben und das Signal von der elektronischen Einheit wird über das Gehäuse auf den Hohlleiter übertragen. Hierzu kann an dem Gehäuse mindestens ein äußerer Anschluss vorhanden sein.The housing is therefore surrounded by the waveguide and the signal from the electronic unit is transmitted to the waveguide via the housing. For this purpose, at least one external connection can be provided on the housing.
Stellt das Gehäuse mehrere Kanäle bereit, kann für jeden Kanal ein eigener äußerer Anschluss vorgesehen sein.If the housing provides several channels, a separate external connection can be provided for each channel.
Die Signalverbindung zwischen dem Gehäuse und dem Hohlleiter wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass die beiden Halbschalen miteinander verbunden sind und an der äußeren Oberfläche des Gehäuses anliegen. Der Hohlleiter wird also an die Außenfläche des Gehäuses gedrückt. Es ist aber ebenso denkbar, dass die Hohlleiter mit dem Gehäuse formschlüssig verbunden werden, z.B. verschraubt.The signal connection between the housing and the waveguide is established, for example, in that the two half-shells are connected to one another and rest on the outer surface of the housing. The waveguide is thus pressed against the outer surface of the housing. However, it is also conceivable that the waveguides are positively connected to the housing, e.g. screwed.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Hochfrequenzbaugruppe weiterhin einen zweiten Hohlleiterabschnitt auf, welcher sich an den ersten Hohlleiterabschnitt anschließt, so dass das Gehäuse durch den ersten Hohlleiterabschnitt und den zweiten Hohlleiterabschnitt umschlossen ist.According to a further embodiment, the high-frequency assembly furthermore has a second waveguide section which adjoins the first waveguide section, so that the housing is enclosed by the first waveguide section and the second waveguide section.
Das Gehäuse mit der elektronischen Einheit ist also in dem Hohlleiter bestehend aus erstem und zweitem Hohlleiterabschnitt gekapselt. Somit ist die elektronische Einheit in dem Gehäuse thermomechanisch von dem Hohlleiter und jedem einzelnen der Hohlleiterabschnitte entkoppelt.The housing with the electronic unit is therefore encapsulated in the waveguide consisting of the first and second waveguide sections. Thus, the electronic unit in the housing is thermomechanically decoupled from the waveguide and each individual one of the waveguide sections.
Der erste Hohlleiterabschnitt und der zweite Hohlleiterabschnitt sind miteinander mechanisch verbunden. Beispielsweise sind die beiden Hohlleiterabschnitte miteinander verschraubt. Bevorzugt sind die Hohlleiterabschnitte reversibel miteinander verbunden, so dass das Gehäuse aus dem Hohlleiter auch entnommen werden kann. Es ist aber ebenso denkbar, dass die beiden Hohlleiterabschnitte stoffschlüssig und nicht reversibel miteinander verbunden sind.The first waveguide section and the second waveguide section are mechanically connected to one another. For example, the two waveguide sections are screwed together. The waveguide sections are preferably reversibly connected to one another, so that the housing can also be removed from the waveguide. However, it is also conceivable that the two waveguide sections are integrally and not reversibly connected to one another.
Die Verbindungsstelle des ersten Hohlleiterabschnitts mit dem zweiten Hohlleiterabschnitt kann durch direkten Kontakt der metallischen Gehäusewände hergestellt werden. Ebenso kann ein Spalt zwischen den metallischen Gehäusewänden bestehen, über den kapazitiv gekoppelt wird. Ebenso kann ein weiches, elektrisch leitfähiges, elastisch verformbares oder nachgebendes Material in die Verbindungsstelle des ersten Hohlleiterabschnitts mit dem zweiten Hohlleiterabschnitt eingebracht werden, um den galvanischen Kontakt sicherzustellen.The connection point of the first waveguide section with the second waveguide section can be produced by direct contact of the metallic housing walls. There can also be a gap between the metallic housing walls, via which capacitive coupling takes place. Likewise, a soft, electrically conductive, elastically deformable or yielding material can be introduced into the connection point of the first waveguide section with the second waveguide section in order to ensure the galvanic contact.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in dem zweiten Hohlleiterabschnitt mindestens ein Element aus der Gruppe aufweisend die folgenden Elemente enthalten: Filter, Isolatoren, Biegungen, Antennen, Zirkulatoren, Multiplexer.According to a further embodiment, the second waveguide section contains at least one element from the group comprising the following elements: filters, isolators, bends, antennas, circulators, multiplexers.
In dem zweiten Hohlleiterabschnitt können somit sämtliche Elemente angeordnet sein, die für die Verarbeitung der Hochfrequenzsignale der elektronischen Einheit benötigt oder gewünscht sind.All elements which are required or desired for processing the high-frequency signals of the electronic unit can thus be arranged in the second waveguide section.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse mit dem ersten inneren Anschluss und mit dem zweiten inneren Anschluss, soweit dieser vorhanden ist, sowie mit allen anderen Komponenten des Gehäuses einstückig ausgestaltet.According to a further embodiment, the housing is configured in one piece with the first inner connection and with the second inner connection, insofar as this is present, and with all other components of the housing.
Alternativ kann das Gehäuse aus zwei oder mehreren Teilen bestehen, beispielsweise aus Teilschalen oder Halbschalen.Alternatively, the housing can consist of two or more parts, for example partial shells or half shells.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kommunikationssatellit angegeben. Der Kommunikationssatellit weist eine Hochfrequenzbaugruppe wie oben und im Folgenden beschrieben auf, wobei die Hochfrequenzbaugruppe in einer Datenübertragungsstrecke in dem Kommunikationssatelliten angeordnet ist.According to a further aspect, a communication satellite is specified. The communication satellite has a high-frequency module as described above and below, the high-frequency module being arranged in a data transmission link in the communication satellite.
Ein Kommunikationssatellit ist ein für die Verwendung im Erdorbit vorgesehenes Raumfahrzeug, welches eine Kommunikationsanlage zum Empfangen und Senden von Daten bzw. Signalen enthält. Daneben kann ein Kommunikationssatellit auch Einheiten zum Verarbeiten der Daten enthalten. Die Hochfrequenzbaugruppe kann bevorzugt in einem Signalverarbeitungspfad der Kommunikationsanlage des Kommunikationssatelliten verwendet werden.A communication satellite is a spacecraft intended for use in earth orbit, which contains a communication system for receiving and transmitting data or signals. In addition, a communication satellite can also contain units for processing the data. The high-frequency module can preferably be used in a signal processing path of the communication system of the communication satellite.
Die Hochfrequenzbaugruppe dient der Aufbereitung, Verarbeitung und Verstärkung von Signalen, insbesondere von Hochfrequenzsignal in den oben genannten Frequenzbändern. The high-frequency module is used for processing, processing and amplifying signals, in particular high-frequency signals in the above-mentioned frequency bands.
Durch den hierin beschriebenen Aufbau der Hochfrequenzbaugruppe eignet sich diese insbesondere für die Verwendung außerhalb oder in den äußersten Schichten der Erdatmosphäre. Die thermomechanische Entkopplung der elektronischen Einheit (beispielsweise einer Verstärkereinheit) von dem Hohlleiter reduziert die mechanische Belastung der elektronischen Einheit sowie einer von der elektronischen Einheit abgehenden Verbindung.The structure of the high-frequency module described here makes it particularly suitable for use outside or in the outermost layers of the earth's atmosphere. The thermomechanical decoupling of the electronic unit (for example an amplifier unit) from the waveguide reduces the mechanical load on the electronic unit and on a connection going out of the electronic unit.
FigurenlisteFigure list
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Kommunikationssatelliten gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
2 eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes eines Hochleistungs-Transistorverstärkers. -
3 eine schematische Darstellung einer Koaxialkopplung eines Verstärkers mit einem Hohlleiter. -
4 eine schematische Darstellung einer kraftschlüssigen Kopplung zwischen einem Verstärker und einem Hohlleiter. -
5 eine schematische Darstellung einer kraft- und formschlüssigen Kopplung zwischen einem Verstärker und einem Hohlleiter. -
6 eine schematische isometrische Darstellung einer Hochfrequenzbaugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
7 eine schematische isometrische Darstellung einer Hochfrequenzbaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. -
8 eine schematische isometrische Darstellung einer Hochfrequenzbaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
1 is a schematic representation of a communication satellite according to an embodiment. -
2nd is a schematic representation of a block diagram of a high-performance transistor amplifier. -
3rd is a schematic representation of a coaxial coupling of an amplifier with a waveguide. -
4th is a schematic representation of a frictional coupling between an amplifier and a waveguide. -
5 is a schematic representation of a positive and positive coupling between an amplifier and a waveguide. -
6 is a schematic isometric view of a high frequency assembly according to an embodiment. -
7 is a schematic isometric view of a high frequency assembly according to another embodiment. -
8th is a schematic isometric view of a high frequency assembly according to another embodiment.
Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of exemplary embodiments
Die hierin beschriebene Hochfrequenzbaugruppe eignet sich insbesondere für die signaltechnische Anbindung von Transistorverstärkern oder allgemein Halbleiterverstärkern (SSPA) an einen Signalausgang.The high-frequency module described here is particularly suitable for the signaling connection of transistor amplifiers or generally semiconductor amplifiers (SSPA) to a signal output.
Ein typischer SSPA
Zumindest der Hochleistungsverstärker
Der Signalpfad des zu verstärkenden Signals wird mit zwei Pfeilen angezeigt. Ein Signal wird dem Hochleistungsverstärker
Der Aufbau in
Bei diesem Aufbau übt die metallische Rippe
In diesem Aufbau ragt das Substrat
Im Gegensatz hierzu zeigt
Der innere Anschluss
Das Gehäuse
Dieser Aufbau ermöglicht es, dass die elektrische Verbindung
Der Hohlleiter
Durch den in
Auf der Ausgangsseite des Gehäuses zu dem Hohlleiter kann eine gestufte Hohlleiterverbindung oder eine gerippte Struktur vorhanden sein. Diese Struktur hat die Funktion, das elektrische Signal an dem inneren Anschluss von dem Streifenleiter-Mode auf den Hohlleiter-Mode zu wandeln und gegebenenfalls die Hohlleiterachse in eine gewünschte Richtung zu drehen.A stepped waveguide connection or a ribbed structure can be present on the output side of the housing to the waveguide. This structure has the function of converting the electrical signal at the inner connection from the stripline mode to the waveguide mode and, if appropriate, rotating the waveguide axis in a desired direction.
Der erste Hohlleiterabschnitt
Ergänzend ist darauf hingewiesen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it is pointed out that “comprehensive” or “having” does not exclude other elements or steps, and “a” or “an” does not exclude a large number. Furthermore, it should be pointed out that features or steps that have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features or steps of other exemplary embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be viewed as a restriction.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Satellitsatellite
- 22nd
- Übertragungseinheit, AntenneTransmission unit, antenna
- 1010th
- HochfrequenzbaugruppeHigh frequency assembly
- 2020th
- Blockschaltbild einer VerstärkerbaugruppeBlock diagram of an amplifier module
- 2222
- EingangsschnittstelleInput interface
- 2424th
- VorverstärkerPreamplifier
- 2626
- HochleistungsverstärkerHigh power amplifier
- 2828
- AusgangsschnittstelleOutput interface
- 3131
- elektronisches Substratelectronic substrate
- 3232
- Verbindungconnection
- 3333
- elektrischer Leiterelectrical conductor
- 3434
- Hülle, DielektrikumSleeve, dielectric
- 3535
- BefestigungselementFastener
- 3636
- HohlleiterWaveguide
- 3737
- Gehäusecasing
- 3838
- AnschlussrippeConnecting rib
- 3939
- erste Halbschalefirst half shell
- 4040
- zweite Halbschalesecond half shell
- 4141
- innerer Anschlussinternal connection
- 4242
- erster Hohlleiterabschnittfirst waveguide section
- 4343
- zweiter Hohlleiterabschnittsecond waveguide section
- 4444
- äußerer Anschlussouter connection
- 4545
- elektronische Einheitelectronic unit
- 4646
- Innenrauminner space
- 4747
- Spaltgap
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- US 9530604 B2 [0005]US 9530604 B2 [0005]
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